الوصول المتعدد بتقسيم الوقت متعدد التردد MF-TDMA

يتم تقديم نظام اتصالات “TDMA” جديد يسمى “TDMA” متعدد الترددات أي “MFTDMA”، كما يستخدم “MFTDMA” تقنيات مبتكرة لتوفير أداء نظام فعال من حيث التكلفة، والذي لم يكن متاحاً في السابق، كما أنّ الفكرة الرئيسية هي توفير اتصالات “TDMA” فعالة زمنياً عن طريق إزالة أسلوب “TDMA” التقليدية وبعد ذلك يتم التخلص من تعليق الحلقة المغلقة الطور لأنّ “MFTDMA” لا يستخدم حلقة مقفلة الطور لاكتساب الناقل.

ما هو الوصول المتعدد بتقسيم الوقت متعدد التردد MF-TDMA؟

الوصول المتعدد بتقسيم الوقت متعدد التردد “MF-TDMA”: هي واحدة من التقنيات الأساسية لنظام الاتصالات عبر الأقمار الصناعية للوسائط المتعددة، وهي محور الدراسة الحالية لتقنية الاتصالات الساتلية ولديها استراتيجية تخصيص مرنة واستخدام قناة مرتفع، وعلى نطاق أوسع في نظام الاتصالات عبر الأقمار الصناعية الخاص بالجيش.

كما يتكون النظام من بعض المحطات الأرضية ومركز التحكم في الشبكة في تكوين نظام الاتصالات عبر الأقمار الصناعية “MF-TDMA” العام، يمكن لكل محطة أرضية لـ دعم ارتباط متعدد في وقت واحد، مثل بيانات الهاتف والفاكس و”IP”، حيث يرسل الرابط الذي يتم دعمه بواسطة المحطة الأرضية وفقاً لذلك طلب ربط إلى مركز التحكم في الشبكة، ومركز التحكم في الشبكة هو تخصيص موارد لكل ارتباط وفقاً لخوارزمية تخصيص الموارد المقابلة.

• “TDMA” هي اختصار لـ “Time-division multiple access”.

• “MF-TDMA” هي اختصار لـ “Multi-frequency time-division multiple access”.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

أساسيات نظام MF-TDMA:

يُعد “MFTDMA” بأنّه نظام هجين “FDMA / TDMA” يحتوي على معظم الميزات المرغوبة لكل من “FDMA” و”TDMA”، كما يسمح المخطط متعدد الترددات بالمطاريف غير المكلفة لكنّه يوفر إنتاجية مجمعة لجهاز الإرسال والاستقبال مماثلة لأنظمة “TDMA” التقليدية عالية المعدل، ويتم توفير التكاليف في مكبر الصوت عالي الطاقة وفي المودم وفي المحولات لأعلى ولأسفل.

يمكن تشغيل الموجات الحاملة المتعددة في المرسل المستجيب بمستويات طاقة مختلفة بحيث يمكن توفير هوامش خبو عالية من خلال إعادة تخصيص الدارة، ومتعدد الترددات ذو الوصول المتعدد بالتقسيم الزمني “MF-TDMA” هي تقنية رائدة لمشاركة موارد النطاق الترددي ديناميكياً في شبكة اتصالات ثنائية الاتجاه عبر الهواء، حيث توجد العديد من الاختلافات في تقنية “MF-TDMA” بما في ذلك “TDMA” البسيط وهي شائعة الاستخدام في أنواع متعددة من الشبكات، بما في ذلك:

• معظم شبكات الأقمار الصناعية للاتصالات ثنائية الاتجاه.

• أكثر شبكات الهاتف الخلوي شيوعاً، مثل “GSM“.

• بعض شبكات الوصول إلى البيانات المترو اللاسلكية، مثل “WiMAX“.

• بعض البدائل لـ “MF-TDMA” هي الوصول المتعدد بتقسيم الكود “CDMA” والوصول المتعدد بتقسيم الناقل “CSMA”، حيث من الممكن أيضاً دمج تقنية “MF-TDMA” مع هذه التقنيات الأخرى.

ملاحظة:“FDMA” هي اختصار لـ “frequency-division multiple access”.

ملاحظة:“WiMAX” هي اختصار لـ “Worldwide Interoperability for Microwave Access”.

ملاحظة:“CSMA” هي اختصار لـ “Carrier sense multiple access”.

ملاحظة: “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile Communications”.

ملاحظة:“CDMA” هي اختصار لـ “Code division multiple access”.

العلاقة بين MF-TDMA والأقمار الصناعية:

بالنسبة لشبكات الأقمار الصناعية تُعد “MF-TDMA” هي التكنولوجيا السائدة لأنّها توفر أكبر عرض نطاق وأعلى كفاءة عامة وجودة خدمة، بينما تسمح أيضاً بالتشارك الديناميكي لهذا النطاق الترددي بين العديد أي عشرات الآلاف من أجهزة الإرسال في وضع اتصال ثنائي الاتجاه، كما يمكن أن تحتوي شبكات “MF-TDMA” على طبولوجيا نجمية أو طبولوجيا متداخلة بالكامل أو متداخلة جزئياً.

تسمح تقنيات تقسيم الوقت متعدد الترددات “MF-TDMA” لمجتمع كبير من المستخدمين بمشاركة النطاق الترددي بكفاءة، كما يمكن تخصيص الموارد بناءً على طلبات المستخدم وقدرات المستخدم، حيث يجب تجميع الموارد المخصصة لكل مستخدم في الطيف المتاح للنظام مع الحفاظ على قيود معينة بناءً على قدرات المستخدم.

تؤدي زيادة كفاءة تعبئة الموارد إلى زيادة كفاءة عرض النطاق الترددي للنظام بشكل مباشر، حيث  في أنظمة الاتصالات الساتلية الحديثة، وبسبب كفاءتها العالية ومرونتها يتم تطبيق تقنية الوصول المتعدد للتقسيم الزمني المتعدد “MF-TDMA” على نطاق واسع على الوصلة العلوية لسواتل اتصالات النطاق العريض، واستراتيجية تخصيص الفترة الزمنية هي المفتاح لضمان الاستخدام الفعال لموارد النظام، كما يمكن تقسيم هذه المسألة إلى خطوتين:

• اختيار القناة وتخصيص الفتحة داخل القناة، حيث توجد بالفعل بعض الطرق الفعالة مثل خوارزمية “RCP-fit”.

• يتم اقتراح شجرة فتحة الترقيم العكسي كنموذج، وبالتالي تبسيط وحل صعوبة تخصيص فترة زمنية مُشتتة بالتساوي، وبناءً على نموذج “bin-tree”، تم تطوير خوارزمية محسّنة لتخصيص الفترة الزمنية بما في ذلك طريقة التخصيص الأمثل “Buddy-fit” وعملية الضبط العودية لتقليل التأثير الضار الناجم عن أجزاء الفترة الزمنية، وتظهر المحاكاة أن خوارزمية التخصيص ذات كفاءة عالية في إدارة موارد الفترة الزمنية.

تقنية MF-TDMA التكيفية:

أولاً: اختيار الناقل التكيفي “ACS” لكل رشقة:

التحديد الديناميكي للموجة الحاملة لمحطة “VSAT” لاستخدامها في رشقة “TDMA” التالية بناءً على معدل رمز الموجة الحاملة، والظروف الحالية في “VSAT” أو “Hub”، فعلى سبيل المثال سوء الأحوال الجوية أو التداخل، وكذلك مقيد بتكوين أجهزة “VSAT” يساعد هذا في ضمان إنتاجية أكبر وموثوقية ارتباط أكبر.

• “VSAT” هي اختصار لـ “Very Small Aperture Terminal”.

• “ACS” هي اختصار لـ “Adaptive carrier selection”.

ثانياً: التشفير والتشكيل التكيفي “ACM” لكل رشقة:

التحديد الديناميكي لـ “MODCOD” لمحطة “VSAT” لاستخدامها في رشقات “TDMA” الخاصة بها بناءً على نفس العوامل، حيث يوفر هذا الميزة الرئيسية لزيادة الكفاءة إلى أقصى حد فضلاً عن موثوقية الإنتاجية والارتباط.

يتم دعم كل من هاتين التقنيتين بواسطة منتجات “SatLink DVB-RCS2″ و”NSSLGlobal Technologies” وبينما تم دعم “ACS” في شبكات “SatLink” التابعة لـ “NSSLGlobal Technologies” لسنوات عديدة باستخدام الجيل الأول من “DVB-RCS”، فإنّ إدخال “ACM” لكل دفعة هو الأول مع شحنات “DVB-RCS2” بواسطة “NSSLGlobal Technologies” في عام 2012م، ولا توجد تقنية أو مورد “TDMA” آخر يوفر “DVB -RCS2” حتى الآن لأنّه يتطلب تغييرات كبيرة في البنى القديمة والملكية.

يمكن أن ينتج عن دعم “ACM لكل رشقة” على الموجات الحاملة “TDMA” زيادة بمقدار “2x” إلى “2.5x” في متوسط ​​كفاءة وإنتاجية هذه الموجات الحاملة في شبكات النطاق “Ku” أو “Ka”، ومع زيادة موثوقية مستوى الارتباط بشكل كبير، حيث عندما يتم دمجها مع “ACS”، يتم تحقيق المزيد من المزايا في الإنتاجية والموثوقية.

بالنسبة للموردين العديدين الذين لا يزالون بدون “ACM” أو “ACS”، فإنّ أفضل طريقة للتشغيل هي تشغيل جميع ناقلات “TDMA” في “Carrier Group” بنفس معدل الرموز باستخدام “MODCOD” ثابت واحد، وهذا في الواقع هو مطلب بعض منتجات “TDM / TDMA” “الديناميكية” من موردين معروفين، وهذا يمنعهم من الحصول على كفاءة أو معدل نقل أو موثوقية مماثلة في ظل ظروف الشبكة الشائعة، حتى لو قاموا في النهاية بتحسين أداء المودم الأساسي ودعموا نطاقاً أوسع من خيارات التعديل والتشفير “MODCODs”.

ملاحظة:“ACM” هي اختصار لـ “Adaptive coding and modulation”.

ملاحظة: لا تُعد “ACS” ميزة محددة لأي من “DVB-RCS” أو “DVB-RCS2″، ولكنّها ميزة ذكية ومفيدة للغاية ذات قيمة مضافة لإدارة مجموعة الناقلات “TDMA” بسهولة وبشكل جيد.